1、（2011届）毕业设计题目智能节水灌溉系统的设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称年月日智能节水灌溉系统的设计摘要水是植物主要的组成成分，对于任何一种植物来说都必不可少。合理的灌溉不仅能提供植物生长必须，而且符合我国提倡节水灌溉的国情。作物的灌溉一方面要求保证供水的连续性和可靠性，另一方面要求供水质量的精确性、灌水均匀度要高。在实际生活中要实现这两点，单靠手工操作是不可能的，因此灌溉系统的智能控制应运而生。本文给出了实现智能节水灌溉的ZIGBEE无线传感网络设计方案，将ZIGBEE无线传感网络、现代移动通信、以太网三网相结合，利用ZIGBEE无线传感网络实现对农田土壤湿度进行实时监测
2、，利用移动通信网及光纤以太网来实现系统与远程监控人员的信息交互。主要讨论了ZIGBEE无线网络的拓补结构设计、定向扩散路由协议的改进以及底层数据融合算法的实现。并经实验验证了设计的可行性。关键词智能，节水灌溉，ZIGBEEIDESIGNOFINTELLIGENTWATERSAVINGIRRIGATIONSYSTEMABSTRACTASTHEMAINCOMPOSITIONOFPLANTSWATERIS,ITISESSENTIALFORANYKINDOFSOILPLANTINGCROPSREASONABLEIRRIGATIONNOTONLYPROVIDESPLANTGROWTHMUST,BUTAL
3、SOINLINEWITHTHEPROMOTIONOFWATERSAVINGIRRIGATIONINCHINASNATIONALCONDITIONCROPIRRIGATIONWATERQUALITYONTHEONEHANDFORGREATERACCURACY,HIGHERIRRIGATIONUNIFORMITYONTHEOTHERHANDREQUIREDTOENSUREWATERSUPPLYRELIABILITYANDCONTINUITYINPRACTICE,TWOREQUIREMENTSTOACHIEVETHISALONECANNOTMEETTHEMANUAL,SOTHEINTELLIGENT
4、CONTROLOFIRRIGATIONSYSTEMSCAMEINTOBEINGINTHISPAPER,THEINTELLIGENTWATERSAVINGIRRIGATIONOFTHEZIGBEEWIRELESSSENSORNETWORKISDESIGNEDTHEZIGBEEWIRELESSSENSORNETWORKS,MODERNMOBILECOMMUNICATIONS,ETHERNET,THREENETWORKSCOMBINEDBYTHEZIGBEEWIRELESSSENSORNETWORKSINREALTIMEONSOILMOISTUREMONITORING,THEUSEOFMOBILEC
5、OMMUNICATIONNETWORKSANDOPTICALETHERNETSYSTEMSANDREMOTEMONITORINGTOACHIEVETHEINFORMATIONOFTHESTAFFINTERACTIONTHEMAINFOCUSESOFTHEZIGBEEWIRELESSNETWORKTOPOLOGYDESIGN,DIRECTEDDIFFUSIONROUTINGPROTOCOLTOIMPROVEANDTHEUNDERLYINGDATAFUSIONALGORITHMKEYWORDSSMART,WATERSAVINGIRRIGATION,ZIGBEEII目录摘要IIIABSTRACTIV
6、1绪论111智能节水灌溉的来源112智能节水灌溉的意义113智能灌溉的国内外发展现状2131国外的发展现状2132国内的发展现状214课题研究的主要内容32设备方案设计与总体设计421设备的方案设计422设备的总体设计53硬件设计电路731设计电路图732控制芯片介绍833湿度检测电路9331湿度传感器HS1101简介9332HS1101优点10333HS1101与单片机接口设计1034温度检测电路11341温度传感器DS18B20简介11342DS18B20与单片机的典型接口设计12343DS18B20使用中应注意事项1335报警电路1436电源电路1537电平转换电路164软件设计电路17
7、41软件开发环境1742系统程序18421通信模块18422温度采集模块20423湿度计算模块22结论23参考文献24III致谢25附录系统电路图26附录系统源程序27毕业设计01绪论11智能节水灌溉的来源在人类文明日益发达的今天,人们逐渐的意识到,水资源是所有自然资源中最重要的,必须合理的开发和利用。联合国环境与发展大会通过的21世纪议程中强调“水是一种有限资源,它不仅是维持地球上一切生命所必需,而且对一切社会经济部门都有生死攸关的重要意义。”我国一方面水资源十分紧缺，虽然水资源总量居世界第六位，但人均占有量却是有世界人均量的1/4，约为2500M3。属于全球贫水国家之一。另一方面，农业用水
8、浪费极为严重，我国农业水资源的利用率仅为45，而水资源利用率高的国家已达到7080。由于农业灌溉用水的利用率低下，提高农业灌溉水资源的利用率，对于解决我国农业灌溉用水，缓解水资源紧缺非常重要23。信息化当今经济和社会发展的大趋势，广泛利用信息化，全面提升水资源利用效率具有重大意义4。本系统研究的就是应用基于ZIGBEE无线传感网络技术，实现了节水灌溉自动化控制管理的信息系统。12智能节水灌溉的意义节水农业的目标就是以最少的用水量，采取各种措施，实现最大灌溉面积，总体目的就是节约用水量。这一工程不仅能在计划用水、定额分配、“两水”并用、统一管理等方面提供方便，同时将会大大节约用水成本，为减轻农民
9、负担，提高农民收入等，产生良好的经济效益和社会效益。根据大农业的发展趋势，全面实施节水措施是我国农业发展的必由之路1。水是一切生命的基本要素，也是社会发展和维系国民经济的重要基础资源。节约用水，既是关系资源、人口、环境可持续发展的长远战略，也是当前社会和经济发展的一项紧迫任务。国家总书记江浙民同志曾明确指出“水是人类生存的生命线，也是农业和整个经济建设的生命线。我们必须高度重视水的问题。人无远虑，必有近忧”；要“坚持不懈地搞好节约用水和防治水资源污染的工作，努力开创我国治水事业新局面”；要“大力发展节水灌溉，提高水资源的利用率”。中央和国务院其他领导同志也都反复强调了节水灌溉的重要性。党的十五
10、届三中全会要求把推广节水灌溉和发展节水农业作为一项革命性的措施来抓，这是由我国农业严重干旱缺水和水资源短缺的基本国情所决定的。农业灌溉在用水方面是大户，其用水量约为全国总用水量的70，由于，输水渠道大部分是土渠，而且灌溉方式又落后，再加上配套不全和工程年久失修，农业灌溉水的利用率仅仅只有40，仅为发达国家的一半左右；单方水的智能节水灌溉系统的设计1粮食生产能力只有085KG左右，远低于世界发达国家水平2KG以上，浪费水资源十分严重。在全国范围内推广节水灌溉，发展节水农业是解决水资源短缺问题的出路。节水灌溉，就是要改变千百年来人们传统的浇地习惯，把浇地变为浇作物，按作物的最佳需水要求进行灌溉，用
11、最少的灌溉用水获得最高的产出。因此，我们要从实施可持续发展和科教兴农两大战略，实现经济体制和经济增长方式两个根本性转变，从人口、资源、环境可持续发展的战略高度来认识推广节水灌溉技术和发展节水农业的重要性、紧迫性和必要性，认真贯彻落实党中央、国务院指示精神，加大力度，开创节水灌溉工作的新局面。13智能灌溉的国内外发展现状131国外的发展现状世界上一些科技先进的国家，早在本世纪早期就已经开始研究并且使用喷灌这一先进技术。西方国家最早采用喷灌技术是来源庭园花卉和草坪灌溉的需要7。3040年代，随着冶炼、机械工业、轧制技术的迅速发展，一些欧洲发达国家用缝隙或折射喷头浇灌作物代替地埋固定管6。摇臂式喷头
12、和大型自走式喷灌技术在二战后得到快速发展,特别是大型自走式喷灌机，使喷灌技术大大前进，由于其灌溉水量均匀，而且还能节省大量劳动力，所以在美国西部的干旱区域得到广泛的使用。与此同时，在欧洲，薄壁金属移动管道喷灌系统和卷管式喷灌机因其简便耐用，投资少，效益高，也不断地发展。50年代后，塑料工业发展极为迅速，逐渐的取代了金属管业。为满足干旱灌溉的需要，以塑料为原材料的滴灌和微喷灌系统逐渐发展起来。到70年代中期，以色列、新西兰、澳大利亚、南非、墨西哥和美国等国家开始实施滴灌。滴灌面积迅速从当时的566万M2发展到1991年的160万M2。微喷灌和滴灌系统由于要克服灌水器经常堵塞的难题，故发展比较缓慢
13、，不比喷灌快。然而近一、二十年来，以色列在微喷灌和滴灌系统生产上取得了非凡的成绩。目前全世界大部分的灌溉面积仍是地面灌溉，为了提高地面灌溉用水效率，节约灌溉用水，国际上采用了“波涌”灌溉，有效的提高了灌溉效率8。132国内的发展现状随着我国城市化建设和经济发展的加快，节水灌溉技术在农业、林业、畜牧业、运动场地、园林绿化以及环境保护等行业和领域得到日益广泛的应用。并取得了显著的效果。目前，在我国灌区内，渠道防渗和低压管道灌溉是被应用最为广泛的灌溉技术。我国大中型灌区的骨干渠道一般采用混凝土衬砌和塑料防渗，田间渠道采用混凝土“U”型槽或低压管道防渗11。毕业设计2我国农业节水灌溉已有近千年的历史，
14、是古老的灌溉大国，早在周礼中记载有“潴”蓄水、“防”堵水、“沟”输水、“道”配水、“列”灌水“、泛”排水。西汉时代，新疆吐鲁番盆地开始修建“坎儿井”，通过地下渠道引天山融雪潜流灌溉，减少风沙淤塞和输水蒸发。唐代对郑国渠等大型灌区设闸分水轮灌。清光绪六年，石城子渠在新疆哈密县修建时，采用毛毡压石头的方法引水灌溉以较少水耗。从50年代新中国成立后，就开始研究节水灌溉技术。70年代，大力实施小畦短沟灌溉、推广渠道衬砌防渗等技术，同时开始了喷微灌设备研制和技术推广。80年代后，低压管道输水技术得到的广泛应用。90年代，主要对各种节水灌溉技术总结、归纳，形成了具有中国特色的综合节水农业体系。虽然我国在节
15、水灌溉方面有悠久的历史，但节水灌溉事业也是在新中国成立后才蓬勃发展起来的。由于我国技术相对西方发达国家较为落后，因此我国在节水灌溉发展过程中，一方面引进国外先进的科学技术设备，并加以渗透、学习；另一方面，针对农业生产中急需解决的问题进行重点研究和联合攻关，使我国在节水灌溉工程技术中取得累累硕果5。14课题研究的主要内容主要研究ZIGBEE技术，CC2430芯片的应用，农田温度，土壤湿度的数据采集，网状连接的无线网络的建立。采取的研究方法理论分析，计算分析，实验验证等方法。所采用的技术路线（1）线路板的设计，液晶显示控制，无线数据通信与控制，数据采集，网状连接的建立，五部分软、硬件的设计调试同时
16、进行，以缩短开发周期。（2）为保证高性能、低成本、低功耗设计芯片采用CC2430；带中文字库图形点阵液晶显示模块LCM128642ZK；用ZIGBEE协议组建无线网络；利用IAREMBEDDEDWORKBENCH编写控制软件。（3）为了使系统具有高维护性和信息传输的可靠性，系统兼进行模块化结构设计，并提供手提试通信检修设备。智能节水灌溉系统的设计32设备方案设计与总体设计21设备的方案设计图1无线智能灌溉网络示意图无线智能灌溉系统的网络结构，如图1所示。所有节点按照在网络中的功能不同分为控制器节点、传感器节和点协调器节点。单个网络中存放所有的控制策略协调器节点的只有一个，作为整个网络的中心，它
17、能接收传感器节点向其发送的数据，然后通过一系列智能判断后，再把灌溉命令发送给控制器节点；传感器节点分布于灌区的各个地方，配置有各种传感器，如空气湿度、测量温度等传感器，负责收集各个灌区的环境数据，并按一定的时间规律发送给协调器节点；每个控制器节点分别负责一个分灌区的灌溉，它直接与灌溉的执行器相连，当接收到协调器节点发送的灌溉命令后，则执行相应的操作。毕业设计422设备的总体设计温湿度传感器节点A灌溉设备控制阀门A温湿度传感器节点N灌溉设备控制阀门N无线路由节点A控制命令监测数据监测数据控制命令无线网关（基站）监控中心ZIGBEE无线通信GPRS网络监测数据控制命令图2系统组成框图该系统以单片机
18、作为控制核心，由监控中心、无线网关FFD、无线路由节点FFD、无线传感节点RFD四大部分组成，经过ZIGBEE自组网，监控中心和无线网关利用GPRS进行控制信息的传递。通过温湿度传感器，每个传感节点自动采集信息，并根据预设的温湿度上下限进行分析，来判断是否开启灌溉以及什么时候停止。各个节点都通过太阳能电池供电，电池电压被实时监控，一旦电压过低，节点就会发出低电压的警报，发送成功后，节点进入睡眠状态直到电量充足。其中无线网关将ZIGBEE无线网络与GPRS网络相连接，是智能节水灌溉系统的设计5基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的核心部分，负责无线传感器节点的管理。路由节点与传感器节点自主形成一
19、个多跳网络。温湿度传感器分布于灌溉区域内，并向就近的路由节点发送收集到的数据，路由节点选择最佳路由，建立相对应的路由列表，其中列表中包括邻居网关和自身的信息的信息。通过网关传送数据给远程监控中心，便于用户远程监控和管理。毕业设计63硬件设计电路31设计电路图1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE30MAY2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSADMINISTRATOR件件件件件件件件件件DDBDRAWNBYC1HS1101R6576KR551KR41KR7909KVCCVCCK1K212Y1XTALC6104
20、C7104VCCVCC1234567891110DB9RXTXRXTXC3104C5104VCCC2104C8104VCCVCCR310K23456789COM1R110KVCCVINVOUTGNDVR1LM7805VCCC410UFBT19VD11N4007VCCR210KRSRWENRSRWENP101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115X119X218RESET9P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122
21、P2223P2324P2425P2526P2627P2728RD/P3717WR/P3616ALE/PROG30PSEN29EA/VPP31AT89C51VCC16GND151COUT141CIN1315LOUT1215LIN1125LIN1025LOUT9C11V2C13C25C24V62COUT72CIN8MAX232R4TRIG2CVLOT5VCC8Q3DIS7THR6GND15554HEADERVDD3I/O2GND1JPDS18B20GND1VCC2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BGVCC15BGGND16LCD160
22、5图3系统电路图智能节水灌溉系统的设计732控制芯片介绍本次设计采用AT89C51芯片作为主控制芯片，下面介绍一下该芯片。AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB/8KB/20KB闪烁可编程/擦除只读存储器（FLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的8位CMOS单片机，并且与MCS51引脚和指令系统完全兼容。AT89C51的主要性能指标包括（1）与MCS51微控系列产品兼容。（2）片内有可在线重复编程的4KB闪烁存储器（FLASHMEMORY）。（3）存储器可循环数据写入/擦除1万次。（4）存储器数据保存时间为10年。（5）工作电压范围宽
23、VCC可为276V。（6）全静态工作可从0HZ16HZ。（7）程序存储器具有3级加密保护。（8）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储器内容。AT89C51芯片有40条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能图4AT89C51管脚（1）XTAL1接外部晶体的一个引脚。该引脚内部是一个反向放大器的输入端。这个反向放大器构成了片内振荡器。如果采用外接晶体振荡器时，此引脚接地。（2）XTAL2接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输毕业设计8出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。（3）RST复位输入。当单片机运行时，在此引
24、脚加上持续时间大于2个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。在单片机正常工作时此引脚应为05V低电平。（4）ERROR/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。（5）ALE/ERRORALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振
25、荡信号的1/6。如果想判断单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有正脉冲信号18。（6）P0口双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。（7）P1口8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。（8）P2口8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，驱动4个LS型TTL负载。33湿度检测电路1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE30MAY2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSADMINISTRATOR件件件件件件件件件件DDBDRAWNBYC1H
26、S1101R6576KR551KR41KR7909KVCCVCCR4TRIG2CVLOT5VCC8Q3DIS7THR6GND1555HS1101智能节水灌溉系统的设计9图5湿度测量电路331湿度传感器HS1101简介湿度检测采用HS1101型湿度传感器，HS1101是HUMIREL公司生产的变容式相对湿度传感器，采用独特的工艺设计。全互换性，在标准环境下不需校正，长时间饱和下快速脱湿，可以自动化焊接，包括波峰焊，高可靠性与长时间稳定性，专利的固态聚合物结构，可用于线性电压或频率输出回路，快速反应时间快。332HS1101优点（1）独特工艺设计的电容元件，专利的固态聚合物结构。（2）高精度2RH
27、，线形输出极好。（3）量程宽范围为199RH，工作温度宽范围为40100HS1101。（4）湿度输出不容易受温度影响，常温时使用不用温度补偿。（5）响应时间5秒，抗结露，浸水或结露能在10秒内迅速恢复。（6）抗静电，防灰尘，能抗各种腐蚀性气体物质。（7）长期稳定性及可靠性，年漂移量05RH/年。（8）互换性好。333HS1101与单片机接口设计HS1101测量湿度采用将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转换成电压频率信号，可以被微处理器直接采集。设计的电路如图4所示。555芯片外接电阻R5，R6与HS1101，构成对HS1101的充电回路。HS1101的放电回路通过7端与芯片内部
28、的晶体管对地短路实现，并将引脚2，6相连引入到片内比较器来构成一个多谐波振荡器，其中，R57相对于R58必须非常的小，但不能低于某个最小值。R4是保护电阻，防止电路短路。其工作循环中的充电时间为07R5R6C1；放电时间为HT1T07R6C1；输出脉冲占空比为QR5R6/R52R6,为了使输出脉冲占空比接近50,R5应远远小于R6。当外界湿度变化时,HS1101两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。由此可以看出，空气相对湿度与555芯片输出频率存在一定线性关系。表1给出了典型频率湿度关系（参考点25，相对湿度55，输出频率毕业设计106208KHZ）。可以通过微处理器采集555芯片的
29、频率，然后查表即可得出相对湿度值。表1RH0102030405060708090100FREQUENCY6852673466186503638862716152602959015766562334温度检测电路1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE30MAY2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSADMINISTRATOR件件件件件件件件件件DDBDRAWNBYVCCR210KVDD3I/O2GND1DS18B20图6温度检测电路341温度传感器DS18B20简介温度检测采用DS18B20温度传感器，该芯片耐磨耐
30、碰，体积小，使用方便，封装形式多样，在控制领域和数字测温方面有较广泛的应用。其特点如下1、电压适应范围更宽，电压范围3055V。2、独特的单线接口方式，DS18B20只需要与微处理器连接的一条口线就能够实现与微处理器的双向通讯。3、DS18B20支持多点组网，几个DS18B20可以在唯一的三线上并联，实现多点组网测温。4、DS18B20使用时不需要其他外围元件，所有转换电路及传感元件在类似一只三极管的集成电路内集成。智能节水灌溉系统的设计115、测温范围55125，在1085范围内精度为05。6、可编程的分辨率为912位，可分辨温度分别为05、025、0125和00625，可实现测温精度非常高
31、。7、在9位分辨率时最多在9375MS内就能够把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750MS内就能把温度值转换为数字，速度更快。8、测量结果直接以数字温度信号输出，以“一线总线“串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。9、负压特性电源极性反接时，芯片不会因短路而烧毁，但无法正常工作17。342DS18B20与单片机的典型接口设计采用VDD和GND端均接地的寄生电源供电方式。由于是单线制，仅有一根线，所依发送接收口一定要是三态的。主机控制DS18B20要完成温度转换需要经过3个步骤初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控
32、制DS18B20必须经过三个步骤才能完成温度转换每次读写之前都必须对DS18B20进行复位操作，成功复位后发送一条ROM指令，然后再发送RAM指令，如此才能进行对DS18B20的预定操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号，在等待1660微秒后，发出60240微秒的低脉冲，主CPU若收到此信号则代表复位成功。表2ROM指令表指令约定代码功能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码符合ROM55H发出该命令后，接下来发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820，使之作出响应，为对该DS1820的下一步读写作准备。搜索ROM0F
33、OH用来确定接在同一条总线上DS1820的数量和识别64位ROM地址。跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820发送温度变换命令。在单片工作较适用。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过预设的上下限值的片子才会做出响应。毕业设计12表3RAM指令表指令约定代码功能温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750MS（9位为9375MS）。读暂存器0BEH读取内部RAM中9字节内的内容写暂存器4EH发出在内部RAM的3、4字节上写上、下限温度的数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器48H将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中。重调E
34、EPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。读供电方式0B4H读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。343DS18B20使用中应注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题1、较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。
35、2、在有关DS1820的资料中均未提及所挂在单总线上DS1820数量的问题，容易使人误一位能够挂任意多个DS1820，但在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，微处理器的总线驱动问题就需要解决，在多点测温系统设计时要注意这一点。3、连接DS1820的总线电缆的长度是有限制的。实际操作中，当采用普通信号传输电缆长度大于50M时，读取到的测温数据就会发生错误。当智能节水灌溉系统的设计13将总线电缆改成使用带屏蔽电缆的双绞线时，通讯正常的距离可达到150M，如果采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离将会进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成
36、的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。4、在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820断线或接触不好，当程序读该DS1820时，将没有信号返回，程序就会进入死循环。这一点在进行软件设计和DS1820硬件连接时也要加以重视。测温电缆线最好采用屏蔽4芯双绞线，其中一组接VCC和地线，另一对线接地线与信号线，屏蔽层接地在源端单点。35报警电路1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE30MAY2011SHEETOFFILECDO
37、CUMENTSANDSETTINGSADMINISTRATOR件件件件件件件件件件DDBDRAWNBYVCC1234567891110DB9RXTXC3104C5104VCCC2104C8104VCCVCCR310KRSRWENVCC16GND151COUT141CIN1315LOUT1215LIN1125LIN1025LOUT9C11V2C13C25C24V62COUT72CIN8MAX232GND1VCC2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BGVCC15BGGND16LCD1605图7报警电路各个管脚功能介绍第1脚GND为电源地
38、。第2脚VCC接电源5V正极。毕业设计14第3脚V0为液晶显示器的调整对比度端，对比度在接正电源时最弱，接地电源时最高。第4脚RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。第6脚E或EN端为使能ENABLE端。第714脚D0D7为8位双向数据端。第1516脚空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。温湿度传感器通过AT89C51芯片从D0D7传输数据给报警电路，跟预设的温湿度上下限对比，如果超出或者低于上下限，就开启警报，开始灌溉。程序如下INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHA
39、RDEFINEUINTUNSIGNEDINT/报警接口SBITALARMP20/用来计算、保存湿度UINTFCY0,FCOUNT0,TCOUNT0/用来保存温度INTTEMPERATURE/温度上下限INTTEMH50,TEML10/湿度上下限UINTFCYH99,FCYL80当温度高于50或者湿度小于80时，系统就开启灌溉。智能节水灌溉系统的设计1536电源电路图8LM7805典型应用电路图电源电路采用三端稳压集成电路LM7805。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有负电压输出的LM79和正电压输出的LM78系列系列。三端IC是指这种稳压用的集成电路，仅三条输出引脚，分别是输入端、输出端和接
40、地端。样子与普通的三极管类似，TO220的标准封装。用LM79/LM78系列三端稳压IC组成的稳压电源需要的外围元件非常少，电路内部还有调整管、过热、过流的保护电路，使用起来方便、可靠，价格也十分便宜。该系列集成稳压IC型号中的LM79或LM78后面的数字表示这个稳压电路输出的电压，如LM7805代表输出电压为正5V，LM7908代表输出电压为负8V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采集成稳压器LM7805，C4为输出端滤波电容，D1为输入反向保护。毕业设计1637电平转换电路1234ABCD4321DCBATITLENUM
41、BERREVISIONSIZEA4DATE30MAY2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSADMINISTRATOR件件件件件件件件件件DDBDRAWNBYVCC1234567891110DB9RXTXC3104C5104VCCC2104C8104VCC16GND151COUT141CIN1315LOUT1215LIN1125LIN1025LOUT9C11V2C13C25C24V62COUT72CIN8MAX232图9电平转换电路电平转换采用的是MAX232芯片，MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA
42、/TIA232E电平。也就是说，如果想用单片机和PC机通过串口进行通信，尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的信号电平和RS232的标准不一样，因此要通过MAX232这种类似的芯片进行电平转换。MAX232芯片分为3个部分工作第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生12V和12V两个电源，供给RS232串口所需要的电平。第二部分是转换数据通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为数据第一通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2I
43、N）、7脚（T2OUT）为数据第二通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（5V）。智能节水灌溉系统的设计174软件设计电路41软件开发环境图101将ZIGBEE模块分别与单片机和电脑连接。11、其中一块ZIGBEE的两根电源线已经与单片机焊接在一起，把ZIGBEE模块的串口插到单片机板的串口。电池旁边有一个黄色的按键帽，将它插到下一毕业设计18排。这时ZIGBEE模块的指
44、示灯亮。12、另一个ZIGBEE模块的串口与电脑串口连接，再接上电池。此时ZIGBEE模块的指示灯亮。2电脑通过ZIGBEE无线传输读取单片机板的温度、湿度。3打开串口调试助手发送A7B603FA。4电脑通过ZIGBEE无线传输设置单片机板的温度、湿度的上下限值。图11打开串口调试助手发送A7B61000000000000000FA，将上下限值全部设为0。这时候温度、湿度超限，单片机板发光二极管闪烁报警，开启灌溉。42系统程序421通信模块串口初始化设置工作方式寄存器TMOD默认首地址为0X20,计数器的高八位，低八位设置初始值为0XFA,给计数运行控制位TR1高电平，复位键设置高电平，程序如
45、下VOIDUARTINITVOIDTMOD|0X20TH10XFA智能节水灌溉系统的设计19TL10XFATR11SM00SM11REN1ES1PCON0X80串口发送数据初始数据DAT赋给SBUF，设置一个死循环，条件为TI为低电平时，程序如下VOIDUARTSENDUCHARDATSBUFDATWHILETITI0串口中断接收数据通过PC的RS232口接收由外部设备采集来的数据，由于接收数据只是该系统的一个模块，为了系统效率该模块只能做成中断方式接收，程序如下VOIDSERIALINTERRUPT4STATICUCHARRXLEN0,TEMPSTATICUCHARRXBUF10TEMPSB
46、UFIFRXLEN0IFTEMP0XA7RXLENELSERXLEN0ELSEIFRXLEN1IFTEMP0XB6RXLENELSE毕业设计20RXLEN0ELSEIFTEMP0XFA/结束符IFRXBUF20X03/读数据UARTSEND0XA7UARTSEND0XB6UARTSENDTEMPERATURE/256UARTSENDTEMPERATURE256UARTSENDFCY/256UARTSENDFCY256UARTSEND0XFAELSEIFRXBUF20X10/写数据TEMHRXBUF31DQ1IFDQU|0X8000DELAY14RETURNUDS18B20写数据当DQ为低电平时
47、，编写一FOR循环，将数据逐个写入，调用延时，当DQ为高电平时，KU赋值为1,程序如下VOIDWRITEUNSIGNEDCHARKUINTI0FORI0I1DS18B20读温度调用函数WRITE，通过公式LSBUNSIGNEDINTTP625,TEMLSB/100,通过TEM输出，返回TEM,程序如下INTREADTEMVOIDINTTEMUNSIGNEDINTTPUNSIGNEDINTLSBRSTWRITE0XCCWRITE0X44RSTWRITE0XCCWRITE0XBETPREADLSBUNSIGNEDINTTP625TEMLSB/100RETURNTEM423湿度计算模块模块作用INT
48、0中断函数，接收到数据有效信号，开始接收数据,程序如下VOIDRECEIVEDATAVOIDINTERRUPT0IFFCOUNT0TR01/检测到有频率输入，启动定时器FCOUNT/频率计数加1智能节水灌溉系统的设计23结论本文所设计的是基于ZIGBEE技术的无线智能灌溉系统，符合设施农业朝智能化、网络化发展的趋势，具有一定的推广价值和应用前景。该系统应用低功耗、低成本的ZIGBEE无线通信技术，避免了布线时的不方便，加强了节水灌溉系统的可控制性。系统所用温湿度传感器精度非常高，根据作物用水规律和土壤墒情实施精准灌溉，不仅能快速且有效的解决农业灌溉低用水率的问题，缓解日趋紧张的矛盾水资源问题，
49、而且还提供给作物更好的生长环境，最大化体现现有节水设备的作用，提高效益，优化调度。使灌溉系统变得科学、方便。本系统操还支持远程控制和对有关参数的修改，适用于大多数作物，不但能增加作物产量，降低农产品灌溉的成本，而且提高灌溉质量，具有十分大的推广价值。除此之外，配置不同的传感器，该系统可以构成不同功能的监控网络。毕业设计24参考文献1吴玉芹,史群我国发展节水灌溉的重要意义J节水灌溉,199842郭秀瑞,郑联合,于回安,邹红梅大力发展节水灌溉促进农业经济可持续发展J节水灌溉,199833水利部南京水文水资源研究院21世纪中国水供求M北京中国水利水电出版社,1999年6月4孙景生康绍中中国水资源利用现状与节水灌溉发展对策期刊论文农业工程学报2000025万斌师延武景天虎节水灌溉工程技术的历史、现状及展望期刊论文西北水资源与水工程2001036王骥周文静沈玉利基于无线传感器网络的节水灌溉系统设计期刊论文中山大学学报自然科学版2008Z17金永奎方部玲夏春花自动控制技术在节水灌溉中的应用期刊论文计算机与农业2003068匡秋明赵燕东自陈祥节水灌溉自动控制系统研究期刊论文农业工程学报2007069薛
